LTE物理層完整版

LTE物理層

培訓(xùn)目標(biāo)學(xué)完本課程后，您應(yīng)該能：掌握LTE資源概念掌握LTE上下行物理信道及信號(hào)的作用掌握LTE上下行物理信道及信號(hào)在時(shí)頻資源上的位置熟悉LTE物理層過程目錄LTE物理層概述信道帶寬與雙工方式LTE物理資源概念LTE物理層信道與信號(hào)LTE物理層過程

支持的信道帶寬（ChannelBandwidth）

1.4MHz，3.0MHz，5MHz，10MHz，15MHz以及20MHzLTE系統(tǒng)上下行的信道帶寬可以不同

下行信道帶寬大小通過主廣播信息（MIB）進(jìn)行廣播上行信道帶寬大小通過系統(tǒng)信息（SIB）進(jìn)行廣播信道帶寬與傳輸帶寬配置有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系：信道帶寬1.435101520傳輸帶寬配置（RB數(shù)目）615255075100信道帶寬FDD:上行傳輸和下行傳輸在不同的載波頻段上進(jìn)行；TDD:上行傳輸和下行傳輸在相同的載波頻段上進(jìn)行；基站/終端在不同的時(shí)間進(jìn)行信道的發(fā)送/接收或者接收/發(fā)送；H-FDD:上行傳輸和下行傳輸在不同的載波頻段上進(jìn)行；基站/終端在不同的時(shí)間進(jìn)行信道的發(fā)送/接收或者接收/發(fā)送；H-FDD與FDD的差別在于終端不允許同時(shí)進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送與接收，即H-FDD基站與FDD基站相同，但是H-FDD終端相對(duì)FDD終端可以簡(jiǎn)化，只保留一套收發(fā)信機(jī)并節(jié)省雙工器的成本。雙工方式目錄LTE物理層概述LTE信道帶寬與雙工方式LTE物理資源概念LTE物理層信道與信號(hào)LTE物理層過程物理資源概念無線幀OFDM符號(hào)天線端口基本時(shí)間單位時(shí)隙-slot子幀物理資源接收機(jī)用來區(qū)分資源在空間上的差別，包括三類天線端口：CRS：天線端口0~3MBSFN：天線端口4DRS：天線端口5FDD幀結(jié)構(gòu)---幀結(jié)構(gòu)類型1，適用于FDD與H-FDD一個(gè)長(zhǎng)度為10ms的無線幀由10個(gè)長(zhǎng)度為1ms的子幀構(gòu)成；每個(gè)子幀由兩個(gè)長(zhǎng)度為0.5ms的時(shí)隙構(gòu)成；幀結(jié)構(gòu)

TDD幀結(jié)構(gòu)---幀結(jié)構(gòu)類型2，適用于TDD一個(gè)長(zhǎng)度為10ms的無線幀由2個(gè)長(zhǎng)度為5ms的半幀構(gòu)成每個(gè)半幀由5個(gè)長(zhǎng)度為1ms的子幀構(gòu)成常規(guī)子幀：由兩個(gè)長(zhǎng)度為0.5ms的時(shí)隙構(gòu)成特殊子幀：由DwPTS、GP以及UpPTS構(gòu)成支持5ms和10msDLUL切換點(diǎn)周期幀結(jié)構(gòu)

TDD幀結(jié)構(gòu)－上下行配置幀結(jié)構(gòu)FS2DwPTS、GP、UpPTS長(zhǎng)度配置常規(guī)CP下特殊時(shí)隙的長(zhǎng)度（符號(hào)）擴(kuò)展CP下特殊時(shí)隙的長(zhǎng)度（符號(hào)）UpPTSGPDwPTSUpPTSGPDwPTS110318314913813101291211111011122732932282392192210------2111------物理資源概念一個(gè)PRB在時(shí)域上包含7（6）個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào)，在頻域上包含12個(gè)連續(xù)的子載波。RE：1個(gè)符號(hào)X1個(gè)子載波PRB的大小和下行數(shù)據(jù)的最小載荷相匹配。PRB的時(shí)域大小為一個(gè)時(shí)隙，即0.5ms資源單元組(REG)控制區(qū)域中RE集合，用于映射下行控制信道每個(gè)REG中包含4個(gè)數(shù)據(jù)RE

控制信道單元（CCE）36RE，9REG組成物理資源概念目錄LTE物理層概述LTE物理層信道與信號(hào)下行物理信道下行物理信號(hào)上行物理信道上行物理信號(hào)LTE物理層過程下行物理信道PBCH：物理廣播信道調(diào)制方式：QPSKPDSCH：物理下行共享信道調(diào)制方式：QPSK,

16QAM,64QAMPCFICH：物理控制格式指示信道調(diào)制方式：QPSKPMCH：物理多播信道調(diào)制方式：QPSK,

16QAM,64QAMPDCCH：物理下行控制信道調(diào)制方式：QPSK下行物理信道PHICH：物理HARQ指示信道調(diào)制方式：BPSK下行物理信道功能概述物理下行控制信道(PDCCH）用于指示PDSCH相關(guān)的傳輸格式，資源分配，HARQ信息等物理下行共享信道(PDSCH)傳輸數(shù)據(jù)塊物理廣播信道(PBCH)傳遞UE接入系統(tǒng)所必需的系統(tǒng)信息，如帶寬，天線數(shù)目等物理控制格式指示信道(PCFICH)一個(gè)子幀中用于PDCCH的OFDM符號(hào)數(shù)目物理HARQ指示信道(PHICH)用于NodB向UE反饋和PUSCH相關(guān)的ACK/NACK信息物理多播信道(PMCH)傳遞MBMS相關(guān)的數(shù)據(jù)下行信道的映射

下行物理信道一般處理流程下行物理信道處理流程加擾調(diào)制層映射預(yù)編碼RE映射OFDM信號(hào)產(chǎn)生PBCH信道功能PBCH傳送的系統(tǒng)廣播信息包括：下行系統(tǒng)帶寬、SFN子幀號(hào)、PHICH指示信息、天線配置信息等；其中天線信息映射在CRC的掩碼當(dāng)中常規(guī)CP擴(kuò)展CPPBCH在時(shí)頻結(jié)構(gòu)中的位置PBCH檢測(cè)PBCH映射到40ms里的四個(gè)子幀上，UE通過盲檢測(cè)確定這40ms的時(shí)刻。

PCFICH用于指示在一個(gè)子幀中傳輸PDCCH所使用的OFDM符號(hào)個(gè)數(shù)

CFI：2bit信息

1/16編碼，QPSK調(diào)制下行物理信道PCFICH信息PCFICH位置

PCFICH映射到控制區(qū)域的第一個(gè)OFDM4個(gè)REG上REG的符號(hào)上的位置取決于小區(qū)id下行物理信道PHICH信息PHICH承載1bitACK\NACK信息采用BPSK調(diào)制通過FDM、CDM以及I/Q復(fù)用承載多個(gè)用戶的HARQ反饋常規(guī)CP：一個(gè)信道占12個(gè)RE，3次重復(fù)、4倍擴(kuò)頻、8PHICHSPerPHICHgroup擴(kuò)展CP：一個(gè)信道占12個(gè)RE，3次重復(fù)、2倍擴(kuò)頻、4PHICHSPerPHICHgroupPHICH信道配置

PHICHgroup的資源映射

PHICH占用的OFDM符號(hào)個(gè)數(shù)如下表所示一個(gè)PHICHgroup由3部分組成，分別映射到一個(gè)REG上，但3個(gè)REG可能在不同的符號(hào)中PHICH非MBSFN子幀MBSFN子幀TDD中子幀1和子幀6所有其他情況混合載波承載MBSFN常規(guī)111擴(kuò)展232PHICH信道位置

物理下行控制信道PDCCH：

PDCCH用于承載資源分配信息

邏輯映射一個(gè)PDCCH是一個(gè)或者幾個(gè)連續(xù)CCE的集合根據(jù)PDCCH中包含CCE的個(gè)數(shù)，可以將PDCCH分為如下圖四種格式

物理映射多個(gè)用戶的PDCCH進(jìn)行復(fù)用和加擾等操作，映射到?jīng)]有用于傳輸PCFICH和PHICH的REG上下行物理信道PDCCH格式CCE個(gè)數(shù)REG個(gè)數(shù)PDCCH比特?cái)?shù)目01972121814424362883872576PDCCH的CCE聚合PDCCH可以使用一種樹形方法進(jìn)行聚合。有如下規(guī)則：當(dāng)包含一個(gè)CCE時(shí)，PDCCH可以在任意CCE位置出現(xiàn)，即可以在0、1、2、3、4號(hào)等位置出現(xiàn)。當(dāng)包含兩個(gè)CCE時(shí)，PDCCH每?jī)蓚€(gè)CCE出現(xiàn)一次，即可以在0、2、4、6號(hào)等位置出現(xiàn)。當(dāng)包含四個(gè)CCE時(shí)，PDCCH每四個(gè)CCE出現(xiàn)一次，即可以在0、4、8號(hào)等位置出現(xiàn)。當(dāng)包含八個(gè)CCE時(shí)，PDCCH每八個(gè)CCE出現(xiàn)一次，即可以在0、8號(hào)等位置出現(xiàn)。PDCCH盲檢測(cè)PDCCH盲檢測(cè)搜索空間分類公共搜索空間專用搜索空間UE根據(jù)其當(dāng)前想要接收信息的具體情況決定在哪個(gè)空間進(jìn)行盲檢測(cè)，其盲檢測(cè)的規(guī)則有具體的規(guī)范PDCCH盲檢測(cè)圖示

物理下行共享信道PDSCH:

PDSCH用于承載數(shù)據(jù)信息PDSCH資源分配優(yōu)先級(jí)最低，只能占用其他信道/信號(hào)不用的RB下行物理信道目錄LTE物理層概述LTE物理層信道與信號(hào)下行物理信道下行物理信號(hào)上行物理信道上行物理信號(hào)LTE物理層過程確定唯一的物理小區(qū)id下行信道質(zhì)量測(cè)量下行信道估計(jì)，用于UE端的相干檢測(cè)和解調(diào)同步信號(hào)參考信號(hào)

主同步信號(hào)輔同步信號(hào)

小區(qū)專用參考信號(hào)

MBSFN參考信號(hào)終端專用的參考信號(hào)下行物理信號(hào)FDD幀中PSS與SSS的位置TDD幀中PSS與SSS的位置

小區(qū)專用參考信號(hào)下行物理信號(hào)Antennaport0Antennaport1Antennaport2Antennaport3下行參考信號(hào)(擴(kuò)展CP)MBSFN參考信號(hào)MBSFN參考信號(hào)映射（超長(zhǎng)擴(kuò)展CP，f=7.5kHz）MBSFN參考信號(hào)映射（擴(kuò)展CP，f=15kHz）天線端口4下行專用參考信號(hào)映射-用于波束賦形技術(shù)下行專用參考信號(hào)(DRS,DedicatedReferenceSignal)LTER8僅支持單碼字單流波束賦形，因此只需要一組DRS作用：跟蹤來波方向；測(cè)量平均路損信息目錄LTE物理層概述LTE物理層信道與信號(hào)下行物理信道下行物理信號(hào)上行物理信道上行物理信號(hào)LTE物理層過程PUSCH：物理上行共享信道調(diào)制方式：QPSK,16QAM,64QAMPRACH:物理隨機(jī)接入信道調(diào)制方式：QPSKPUCCH：物理上行控制信道調(diào)制方式：QPSK上行物理信道上行物理信道上行信道的映射上行物理信道功能概述物理上行控制信道(PUCCH)當(dāng)沒有PUSCH時(shí)，UE用PUCCH發(fā)送ACK/NAK，CQI，調(diào)度請(qǐng)求(SR，RI)信息。當(dāng)有PUSCH時(shí)，在PUSCH上發(fā)送這些信息物理上行共享信道(PUSCH)承載數(shù)據(jù)物理隨機(jī)接入信道(PRACH)用于隨機(jī)接入，發(fā)送隨機(jī)接入需要的信息，preamble等

上行物理控制信道PUCCH：

PUCCH格式用途調(diào)制方式比特?cái)?shù)1SRN/AN/A1aACK/NACKBPSK11bACK/NACKQPSK22CQIQPSK202aCQI+ACK/NACKQPSK+BPSK212bCQI+ACK/NACKQPSK+QPSK22上行物理信道PUCCH格式：PUCCH時(shí)頻映射PUCCH在頻域的兩個(gè)邊帶發(fā)送PUCCH可以在時(shí)隙間進(jìn)行跳頻

上行物理共享信道PUSCH：

用于承載上行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；上行資源只能選擇連續(xù)的PRB，并且PRB個(gè)數(shù)滿足2、3、5的倍數(shù)；在RE映射時(shí)，PUSCH映射到子幀中的數(shù)據(jù)區(qū)域上；上行物理信道控制信令和數(shù)據(jù)復(fù)用為了保證上行單載波特性，當(dāng)數(shù)據(jù)和控制信令同時(shí)傳輸時(shí)，控制信令和數(shù)據(jù)在DFT之前需要進(jìn)行復(fù)用物理隨機(jī)接入信道PRACHPRACH幀格式不同幀格式在LTE時(shí)頻結(jié)構(gòu)當(dāng)中的位置PRACH時(shí)頻結(jié)構(gòu)PRACH接入時(shí)隙配置索引隨機(jī)接入時(shí)隙配置示例

序列產(chǎn)生

Preamble使用Zadoff-Chu序列產(chǎn)生序列長(zhǎng)度

Preambleformat0~3：839Preambleformat4：139

頻域結(jié)構(gòu)一個(gè)PRACH占用6個(gè)RB

Preamble信號(hào)采用的子載波間隔與上行其它SC-FDMA符號(hào)不同

Preambleformat0~3：1250HzPreambleformat4:7500HzPreambleformat0~3Preambleformat4Preamble信息目錄LTE物理層概述LTE物理層信道與信號(hào)下行物理信道下行物理信號(hào)上行物理信道上行物理信號(hào)LTE物理層過程上行物理信號(hào)

上行信道估計(jì)，用于eNodeB端的相干檢測(cè)和解調(diào)；上行信道質(zhì)量測(cè)量；參考信號(hào)

解調(diào)用參考信號(hào)(DRS)

探測(cè)用參考信號(hào)(SRS)

PUSCH

解調(diào)用參考信號(hào)常規(guī)CP擴(kuò)展CP上行物理信號(hào)PUCCH解調(diào)用參考信號(hào)上行物理信號(hào)

探測(cè)用參考信號(hào)

上行物理信號(hào)

對(duì)上行信道質(zhì)量進(jìn)行估計(jì)，用于上行信道調(diào)度主要作用

對(duì)于TDD，可以利用信道對(duì)稱性獲得下行信道質(zhì)量；

探測(cè)用參考信號(hào)

--主要參數(shù)上行物理信號(hào)符號(hào)位置子幀偏移是否同時(shí)傳輸SRS與ACK/NACK持續(xù)時(shí)間子幀位置周期時(shí)域參數(shù)1.UE通過廣播信息獲得小區(qū)允許的帶寬信息；4.

UE通過RRC信令獲得具體的帶寬配置；5.

UE通過RRC信令獲知其是否進(jìn)行SRS跳頻；3.

UE通過RRC信令獲知其使用的Comb信息2.UE通過RRC信令獲得具體的SRS傳輸PRB位置；上行物理信號(hào)帶寬配置頻域位置

Comb信息跳頻信息SRS帶寬

探測(cè)用參考信號(hào)

--頻域參數(shù)上行物理信道及上行信號(hào)的時(shí)頻位置UE等級(jí)LTE共支持5個(gè)終端等級(jí)目錄LTE物理層概述LTE物理層信道與信號(hào)LTE物理層過程小區(qū)搜索隨機(jī)接入尋呼LTE小區(qū)搜索獲得的基本信息初始的符號(hào)定時(shí)頻率同步小區(qū)傳輸帶寬小區(qū)標(biāo)識(shí)號(hào)幀定時(shí)信息小區(qū)基站的天線配置信息（發(fā)送天線數(shù)）循環(huán)前綴（CP）的長(zhǎng)度（LTE對(duì)單播和廣播/組播業(yè)務(wù)規(guī)定了不同的CP長(zhǎng)度）5ms定時(shí)，獲得10ms定時(shí)，獲得計(jì)算得到

讀取MIB讀取SIB主同步信號(hào)輔同步信號(hào)

PBCH

DBCH

其他系統(tǒng)信息公共天線端口數(shù)目（盲檢）SFN下行系統(tǒng)帶寬

PHICH配置信息小區(qū)搜索流程小區(qū)搜索過程LTE小區(qū)搜索的主要流程

同步信號(hào)序列

主同步信號(hào)使用Zadoff-Chu序列；共有3個(gè)PSS序列，每個(gè)對(duì)應(yīng)一個(gè)小區(qū)ID：

輔同步信號(hào)使用的序列由兩個(gè)長(zhǎng)度為31的二進(jìn)制序列通過交織級(jí)聯(lián)產(chǎn)生，并且使用由主同步信號(hào)序列決定的加擾序列進(jìn)行加擾，長(zhǎng)度為31的二進(jìn)制序列以及加擾序列都由m序列產(chǎn)生；下行同步信號(hào)序列共有168組SSS序列，與小區(qū)ID組序號(hào)一一對(duì)應(yīng)5ms62子載波72子載波(2)ID(1)IDcellID3NNN+=主同步序列輔同步序列Zadoff-ChuZadoff-ChuScramblingScramblingm

sequencem

sequence兩個(gè)半幀不同兩個(gè)半幀相同LTE小區(qū)搜索優(yōu)點(diǎn)預(yù)先固定小區(qū)搜索頻段無論小區(qū)采用何種傳輸帶寬，用戶終端只需要利用中央頻段就能快速獲得小區(qū)信息目錄LTE物理層概述LTE物理層信道與信號(hào)LTE物理層過程小區(qū)搜索隨機(jī)接入尋呼隨機(jī)接入過程隨機(jī)接入前導(dǎo)(Preamble)的發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng)隨機(jī)接入過程Preamble當(dāng)UE收到eNB的廣播信息需要接入時(shí)，從序列集中隨機(jī)選擇一個(gè)preamble序列發(fā)給eNB,然后根據(jù)不同的前導(dǎo)序列來區(qū)分不同的UE.隨機(jī)接入過程UE側(cè)隨機(jī)接入流程

解析傳輸請(qǐng)求，獲得隨機(jī)接入配置信息；

選擇preamble序列

1)基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入：隨機(jī)選擇preamble2)無競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入：由高層指定preamble

按照指定功率發(fā)送preamble

盲檢用RA-RNTI標(biāo)識(shí)的PDCCH

--檢測(cè)到，接收對(duì)應(yīng)的PDSCH并將信息上傳；

--否則直接退出物理層隨機(jī)接入過程，由高層邏輯決定后續(xù)操作；隨機(jī)接入過程適用于初始接入U(xiǎn)E端通過在特定的時(shí)頻資源上，發(fā)送可以標(biāo)識(shí)其身份的preamble序列，進(jìn)行上行同步基站端在對(duì)應(yīng)的時(shí)頻資源對(duì)preamble序列進(jìn)行檢測(cè)，完成序列檢測(cè)后，發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng)。UE端在發(fā)送preamble序列后，在后續(xù)的一段時(shí)間內(nèi)檢測(cè)基站發(fā)送的隨機(jī)接入響應(yīng)UE在檢測(cè)到屬于自己的隨機(jī)接入響應(yīng)，該隨機(jī)接入響應(yīng)中包含UE進(jìn)行上行傳輸?shù)馁Y源調(diào)度信息基站發(fā)送沖突解決響應(yīng)，UE判斷是否競(jìng)爭(zhēng)成功競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入流程隨機(jī)接入過程適用于切換或有下行數(shù)據(jù)到達(dá)且需要重新建立上行同步時(shí)

基站根據(jù)此時(shí)的業(yè)務(wù)需求，給UE分配一個(gè)特定的preamble序列。（該序列不是基站在廣播信息中廣播的隨機(jī)接入序列組）

UE接收到信令指示后，在特定的時(shí)頻資源發(fā)送指定的preamble序列

基站接收到隨機(jī)接入preamble序列后，發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng)。進(jìn)行后續(xù)的信令交互和數(shù)據(jù)傳輸。無競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入流程目錄LTE物理層概述LTE物理層信道與信號(hào)LTE物理層過程小區(qū)搜索隨機(jī)接入尋呼尋呼中的基本概念TA:TrackingArea,跟蹤區(qū)域何時(shí)尋呼？UE被叫（MME發(fā)起）系統(tǒng)消息改變時(shí)（eNB發(fā)起）地震告警（Etws）eNBMME[S1AP]PAGINGPagingResponse(NASmeans)尋呼尋呼的通知由PDCCH1A/1C格式通知UE（PDCCH1A/1C還用于RACHresponse,BCCH動(dòng)態(tài)調(diào)度）PDCCH的通知上攜帶P-RNTI，表示這是個(gè)尋呼信息UE根據(jù)自己的ID計(jì)算自己可能存在尋呼的時(shí)間，并進(jìn)行監(jiān)聽具體的被尋呼的UEid承載在PCH上的pagingmessage中尋呼中的時(shí)機(jī)為了降低IDLE態(tài)下UE的電力消耗，UE使用非連續(xù)接收方式（DRX）接收尋呼消息IDLE態(tài)下的UE在特定的子幀里面監(jiān)聽PDCCH，這些特定的子幀稱為尋呼時(shí)機(jī)(PagingOccasion)，這些子幀所在的無線幀稱為尋呼幀(PagingFrame)，UE通過相關(guān)的公式來確定PF和PO的位置UE根據(jù)公式計(jì)算出PF和PO的具體位置